Question

【題目】羰基硫COS的結構與CO2相似，廣泛存在于以煤為原料的各種化工原料氣中，能引起催化劑中毒、化學產品質量下降和大氣污染。羰基硫的氫解反應和水解反應是兩種常用的脫硫方法，其反應式分別為：

①氫解反應：COS(g)+H2(g) H2S(g)+ CO(g) △H=+7 kJ/mol

②水解反應： COS(g)+H2O(g) H2S(g)+ CO2(g) △H = ?

已知反應中相關的化學鍵鍵能數據如下：

回答下列問題：

（1）羰基硫的結構式為：___________，

（2）已知熱化學方程式CO(g)+H2O(g) H2(g)+ CO2(g) △H3 則△H3 =__________kJ/mol。

（3）COS的氫解反應的平衡常數K與溫度T具有如下的關系式 ，式中a和b均為常數。

①如圖中，表示COS氫解反應的直線為__________；

②一定條件下，催化劑A和B對COS的氫解反應均具有催化作用，相關數據如表所示：

則a1____a2 (填“>”或“<”或“=”)。

③某溫度下，在體積不變的容器中，若COS和H2的起始體積比為1：V，平衡后COS和H2的體積比為1：10V，則此溫度下該反應的化學平衡常數K=_________。（關于V的表達式）

（1）COS完全燃燒會生成大氣污染物SO2。目前，科學家正在研究一種以乙烯作為還原劑的脫硫（SO2）方法，其脫硫機理如圖2，脫硫率與溫度、負載率（分子篩中催化劑的質量分數）的關系如圖3。

①該脫硫原理總反應的化學方程式為_________________________________________;

②據圖3，為達到最佳脫硫效果，應采取的具體反應條件是________________________;

③根據a曲線在450℃以上的變化趨勢，分析可能的原因是：______________________。

（5）為測定某工廠煙道氣中SO2的含量，現將16.00 L煙道氣緩慢通過1.00 L水，設SO2完全被吸收，且溶液體積不變。取出20.00 mL溶液，用1.18×10-3mol·L-1的飽和碘水與之反應，若恰好完全反應時消耗碘水19.07 mL，則該廠煙道氣中SO2的含量為________________mg·L-1。

Answer 1

【答案】 O=C=S -42 z = K= C2H4 +2O2+SO2 = S+ 2CO2 + 2H2O或2C2H4 +3O2+ 2SO2 = 2S+ 4CO2 + 4H2O或C2H4 +O2+2SO2 = 2S+ 2CO2 + 2H2O 負載率為3.0%，溫度為350℃ 高溫條件下催化劑失活 4.5

【解析】試題分析：(1)根據CO2的結構式書寫COS的結構式；（2）根據反應物的總鍵能－生成物的總鍵能=焓變，計算CO(g)+H2O(g) H2(g)+ CO2(g)的焓變；(3)①根據數學表達式，式中a和b均為常數分析；②加入催化劑平衡常數不變；③利用“三段式”計算COS(g)+H2(g) H2S(g)+ CO(g)反應的平衡常數；(4) ①根據圖示，氧氣、二氧化硫、乙烯反應生成硫、二氧化碳、水；②據圖3，負載率為3.0%，溫度為350℃ 時脫硫率最高；③根據a曲線在450℃以上，脫硫率降低，分析可能的原因是高溫條件下催化劑失活；（5）SO2完全被吸收生成亞硫酸，亞硫酸被碘單質氧化為硫酸，根據關系式計算二氧化硫的含量。

解析：(1) 二氧化碳的結構式是O=C=O，羰基硫COS的結構與CO2相似，所以COS的結構式是O=C=S；

（2）①：COS(g)+H2(g) H2S(g)+ CO(g) △H=+7 kJ/mol

②CO(g)+H2O(g) H2(g)+ CO2(g) △H3

根據蓋斯定律①＋②得COS(g)+H2O(g) H2S(g)+ CO2(g)，△H=△H3+7 kJ/mol；根據反應物的總鍵能－生成物的總鍵能=焓變，△H=△H3+7 kJ/mol=742+577+465×2－339×2－803×2=-35 kJ/mol，所以△H3= -42 kJ/mol；(3)①根據數學表達式，式中a和b均為常數，隨 增大， 減小，故選C；② 加入催化劑平衡常數不變，所以a1=a2；

③ 設COS和H2的起始投料分別為1、V，反應中轉化為x；

根據題意(1-x)：(v-x)=1:10v

；

(4) ①根據圖示，氧氣、二氧化硫、乙烯反應生成硫、二氧化碳、水，方程式是C2H4 +2O2+SO2 = S+ 2CO2 + 2H2O；②據圖3，負載率為3.0%，溫度為350℃ 時脫硫率最高，；③根據a曲線在450℃以上，脫硫率降低，分析可能的原因是高溫條件下催化劑失活；（5）SO2完全被吸收生成亞硫酸，方程式是H2O+SO2=H2SO3，亞硫酸被碘單質氧化為硫酸，方程式是H2SO3+ I2+H20=H2SO4+2HI，根據關系式SO2 I2

= ， ； 方該廠煙道氣中SO2的含量為 4.5mg/L。